高速铁路系杆拱桥正交异性钢桥面构造研究
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高 新 技 术
高速铁路系杆拱桥正交异性钢桥 面构造研究
陈海 桦 任 巍 峰 李 晓华 。
（、 １ 中铁 第 四勘 察 设 计 院 集 团有 限公 司 ， 北 武 汉 ４ ０ ０ ２ 西 南 交通 大 学 ， 川 成 都 ６ ００ ） 湖 ３００ 、 四 １０ ０
关键词 ： 整体钢 桥 面 ； Ｕ肋 ； Ｓ ＨＯ规 范 ； ＡＡ Ｔ 小隔板 ； 力分布 应 １正交异性钢桥面发展 国、 荷兰和其他 的欧洲 国家均 开展 过研究 ， 本 连接处 横梁网格相同 ， 界条件采用疲劳加载 日 边 在 ２ 世纪 ３ 年代 ， ０ ０ 随着焊接 的运用 ， 人们 从 １０ ０ 世纪 ８ 年代也开始相关 研究。 Ｏ 随着对这 实际约束 ， 如图 ４ 。 后来多个 国家颁 布 了相关 开 始在开 启桥 和轻便 桥 梁 中使用 钢板 作 为桥 种结果的研究深入 ， 面 ，并在钢纵梁上翼缘边缘 和钢面板之间用角 规范 ， 国 Ｂ ５ ０ ， 国 Ａ Ｓ Ｔ 英 Ｓ４０美 Ａ Ｈ Ｏ的 Ｌ Ｐ Ｒ Ｄ规 焊缝相连 ， 这样 ， 一部分钢面板 当作钢纵 梁的上 范。 在国内 ， 虽然桥梁工程 已经大量使用这种结 翼缘 。正交异性钢桥面最初 的结 构形式 也起源 果 ， 是 目前为止还没有关于正交异性 钢桥面 但 于此。 战时， 二 桥梁损害严重 ， 钢产量 紧张 ， 技术 板 的设 计规 范。 本 文主要 参考 Ａ Ｓ Ｔ Ａ Ｈ Ｏ规 范关 于桥 面构 工艺较低 ，从而节约钢材 的正交异性钢桥 面桥 Ａ Ｈ Ｏ规 梁得到发 展。 １５ 年至 １７ 年 ， 从 ９０ ９ ０ 以正交异性 造分析 的有 限元方法 与参数 研究 。Ａ Ｓ Ｔ 板 作为主梁上翼缘的钢梁桥大量 出现 ， 西德 在 范针对 公路铁路不通荷载及桥梁形式 ， 进行研 Ｍ ｎｈｉ 复 建 的 Ｋ ｒｆｚ钢 桥 跨 度 ５ｍ＋ 究 ，并没有对 高速 铁路系杆拱桥并没有指 明具 ａｎｅ ｍ ｕ ａ ｐｌ ６ ７ｍ５ｍ ５ ＋ ６ ，该桥是世界上第一座 明确使用正 交 体 的方法 ， 本文通 过参考该 规范建议 的构造 改 异性 刚桥面板的实腹钢箱梁桥。０ ２ 世纪后期 ， 正 变方 式 ， 利用 有 限元 软件 Ｆ Ａ分析 ， 正交 异 Ｅ 对 图４ Ｕ肋加栽 示意及 网格划分 交异性整体 钢桥 面 自重 、 护方便 、 养 建筑空 间小 性钢桥面的应力分布进行分析。 的优 势逐渐 体现 出来 ， 而整体钢 桥面已经成 为 ４计算结果分析 大 中跨桥梁 的常用形式。 通过计算分析 ，图 ５ 四种方案的计算结 为 ２高速铁路系杆拱桥 果， 首先给出的为横梁与 ｕ肋连接处应力对照 。 福厦铁路福州至厦 门线位 于我国东南沿海 对 比 四种构 造 的 计算 结 果 Ｙ ｎ ｒ ｓｓ 力 显 ｏ ｉ 应 ａ ｅ 境 内， 线路多处跨越福厦高速公路 ， 中木兰溪 其 示 ， 设小隔板有效改善隔板与横梁连 接处的 增 应 力集 中。 特大桥和丘后特大桥采用 １ ８ ２ ｍ钢箱梁系杆拱 ， 主拱采用二次抛物线 ，桥面采用小纵梁 多横 梁 横梁与 ｕ肋连接处应力计算结果如图 ： 正交异性钢 桥面 ， 钢桥 面板厚 １ｍ ， ６ ｍ 下设 ４ 根 倒Ｔ 型纵梁 ， 道梯形纵肋和 ｌ 道板肋 ； １ ２ ６ 拱脚 附近设两根端横梁 ，系梁 与吊杆 连接处共设 １ ３ 图 ２Ａ Ｓ Ｔ Ａ Ｈ ０建议 的 Ｕ肋与横 梁连接 构造 根主横梁 ， 节间 ３ 次横梁 ， 每个 根 全桥 共 ５ 根 ２ 对 于细部构造 的有限元分析需要才有非常 次横梁， 间距为 ２ ５ 。 ． ｍ 桥面钢板上 设防腐层 、 ２ 防 精细 的单元划分来表 达应 力集中的问题 ，而这 ａ ） 无隔板应 力 ｂ ） 方案一应 力 水层及保护层 ， 上铺道碴 。 其 样精细 的单元划 分对全桥 整体模 型很难 实现 ， 本节通过对 Ｕ肋小试件模 型 ， 进行 一定的简化 建立有 限元模 型。 在 Ｕ肋 小试件 与横 连连接 对应位 置 Ｕ肋 内加小 隔板 ， 小隔板厚度与 ｕ肋 厚度 相同 ， 具体 ｃ ） 方案二应力 （ Ｄ方案三应力 尺 寸见 图 ３ 荷载选取高速铁路钢 桥面板 实际均 。 图 ５ｕ肋与横 梁连接 四种方案应 力对 比 布荷 载 ， 铁路列 车竖 向静活载 采用 “ 活 载” 中一 ， 双线 中活载作 用下， 应力等 效原则 ， 考虑 通过有 限元计算得到该 实验设计荷载为 ３ 吨 ， １ 均布在 图 １高速铁 路 １ ８ 系 ２ ｍ 杆拱桥 木兰溪特 大桥 桥面板上 。隔板有 限元 计算 时网格划分大小与 很 多文献 指出纵肋与横梁连接位置是高速 铁路系杆拱桥应力集 中较 严重的部位 。欧洲规 范钢结构部分对于特殊结构 细部 如加劲肋要求 细致 ：、 １ 加劲肋应是连续 的穿过横梁腹板 中的 切 口处 ；、 ２加劲肋底 部周 围应 有帽孔 ３焊接 质 、 图 ６Ｕ肋与横 梁连接 四种 方案最 大应力对比
摘 要 ： 高速 铁路 系杆 拱桥 设计 中， 交异 性钢桥 面的构 造设 计是 一个 重要 的 环节 。正 交异 性钢 桥 面纵 向有 ｕ肋 、 肋和 纵 梁 ， 在 正 板 横 向有 大小横 梁等组成 ， 个 细部 的设 计将 影 响整 体 的应 力分 布 ， 于纵 横 梁体 系设 计 国 内研 究较 多 ， 里 主要提 出正 交异 性局 部 ｕ 各 对 这 肋构造 改 变， 并且通 过 Ｆ Ａ有 限元计 算 ， 善横 梁与 纵肋 连接 处的 受力情 况 。 Ｅ 改
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高 新 技 术
高速铁路系杆拱桥正交异性钢桥 面构造研究
陈海 桦 任 巍 峰 李 晓华 。
（、 １ 中铁 第 四勘 察 设 计 院 集 团有 限公 司 ， 北 武 汉 ４ ０ ０ ２ 西 南 交通 大 学 ， 川 成 都 ６ ００ ） 湖 ３００ 、 四 １０ ０
关键词 ： 整体钢 桥 面 ； Ｕ肋 ； Ｓ ＨＯ规 范 ； ＡＡ Ｔ 小隔板 ； 力分布 应 １正交异性钢桥面发展 国、 荷兰和其他 的欧洲 国家均 开展 过研究 ， 本 连接处 横梁网格相同 ， 界条件采用疲劳加载 日 边 在 ２ 世纪 ３ 年代 ， ０ ０ 随着焊接 的运用 ， 人们 从 １０ ０ 世纪 ８ 年代也开始相关 研究。 Ｏ 随着对这 实际约束 ， 如图 ４ 。 后来多个 国家颁 布 了相关 开 始在开 启桥 和轻便 桥 梁 中使用 钢板 作 为桥 种结果的研究深入 ， 面 ，并在钢纵梁上翼缘边缘 和钢面板之间用角 规范 ， 国 Ｂ ５ ０ ， 国 Ａ Ｓ Ｔ 英 Ｓ４０美 Ａ Ｈ Ｏ的 Ｌ Ｐ Ｒ Ｄ规 焊缝相连 ， 这样 ， 一部分钢面板 当作钢纵 梁的上 范。 在国内 ， 虽然桥梁工程 已经大量使用这种结 翼缘 。正交异性钢桥面最初 的结 构形式 也起源 果 ， 是 目前为止还没有关于正交异性 钢桥面 但 于此。 战时， 二 桥梁损害严重 ， 钢产量 紧张 ， 技术 板 的设 计规 范。 本 文主要 参考 Ａ Ｓ Ｔ Ａ Ｈ Ｏ规 范关 于桥 面构 工艺较低 ，从而节约钢材 的正交异性钢桥 面桥 Ａ Ｈ Ｏ规 梁得到发 展。 １５ 年至 １７ 年 ， 从 ９０ ９ ０ 以正交异性 造分析 的有 限元方法 与参数 研究 。Ａ Ｓ Ｔ 板 作为主梁上翼缘的钢梁桥大量 出现 ， 西德 在 范针对 公路铁路不通荷载及桥梁形式 ， 进行研 Ｍ ｎｈｉ 复 建 的 Ｋ ｒｆｚ钢 桥 跨 度 ５ｍ＋ 究 ，并没有对 高速 铁路系杆拱桥并没有指 明具 ａｎｅ ｍ ｕ ａ ｐｌ ６ ７ｍ５ｍ ５ ＋ ６ ，该桥是世界上第一座 明确使用正 交 体 的方法 ， 本文通 过参考该 规范建议 的构造 改 异性 刚桥面板的实腹钢箱梁桥。０ ２ 世纪后期 ， 正 变方 式 ， 利用 有 限元 软件 Ｆ Ａ分析 ， 正交 异 Ｅ 对 图４ Ｕ肋加栽 示意及 网格划分 交异性整体 钢桥 面 自重 、 护方便 、 养 建筑空 间小 性钢桥面的应力分布进行分析。 的优 势逐渐 体现 出来 ， 而整体钢 桥面已经成 为 ４计算结果分析 大 中跨桥梁 的常用形式。 通过计算分析 ，图 ５ 四种方案的计算结 为 ２高速铁路系杆拱桥 果， 首先给出的为横梁与 ｕ肋连接处应力对照 。 福厦铁路福州至厦 门线位 于我国东南沿海 对 比 四种构 造 的 计算 结 果 Ｙ ｎ ｒ ｓｓ 力 显 ｏ ｉ 应 ａ ｅ 境 内， 线路多处跨越福厦高速公路 ， 中木兰溪 其 示 ， 设小隔板有效改善隔板与横梁连 接处的 增 应 力集 中。 特大桥和丘后特大桥采用 １ ８ ２ ｍ钢箱梁系杆拱 ， 主拱采用二次抛物线 ，桥面采用小纵梁 多横 梁 横梁与 ｕ肋连接处应力计算结果如图 ： 正交异性钢 桥面 ， 钢桥 面板厚 １ｍ ， ６ ｍ 下设 ４ 根 倒Ｔ 型纵梁 ， 道梯形纵肋和 ｌ 道板肋 ； １ ２ ６ 拱脚 附近设两根端横梁 ，系梁 与吊杆 连接处共设 １ ３ 图 ２Ａ Ｓ Ｔ Ａ Ｈ ０建议 的 Ｕ肋与横 梁连接 构造 根主横梁 ， 节间 ３ 次横梁 ， 每个 根 全桥 共 ５ 根 ２ 对 于细部构造 的有限元分析需要才有非常 次横梁， 间距为 ２ ５ 。 ． ｍ 桥面钢板上 设防腐层 、 ２ 防 精细 的单元划分来表 达应 力集中的问题 ，而这 ａ ） 无隔板应 力 ｂ ） 方案一应 力 水层及保护层 ， 上铺道碴 。 其 样精细 的单元划 分对全桥 整体模 型很难 实现 ， 本节通过对 Ｕ肋小试件模 型 ， 进行 一定的简化 建立有 限元模 型。 在 Ｕ肋 小试件 与横 连连接 对应位 置 Ｕ肋 内加小 隔板 ， 小隔板厚度与 ｕ肋 厚度 相同 ， 具体 ｃ ） 方案二应力 （ Ｄ方案三应力 尺 寸见 图 ３ 荷载选取高速铁路钢 桥面板 实际均 。 图 ５ｕ肋与横 梁连接 四种方案应 力对 比 布荷 载 ， 铁路列 车竖 向静活载 采用 “ 活 载” 中一 ， 双线 中活载作 用下， 应力等 效原则 ， 考虑 通过有 限元计算得到该 实验设计荷载为 ３ 吨 ， １ 均布在 图 １高速铁 路 １ ８ 系 ２ ｍ 杆拱桥 木兰溪特 大桥 桥面板上 。隔板有 限元 计算 时网格划分大小与 很 多文献 指出纵肋与横梁连接位置是高速 铁路系杆拱桥应力集 中较 严重的部位 。欧洲规 范钢结构部分对于特殊结构 细部 如加劲肋要求 细致 ：、 １ 加劲肋应是连续 的穿过横梁腹板 中的 切 口处 ；、 ２加劲肋底 部周 围应 有帽孔 ３焊接 质 、 图 ６Ｕ肋与横 梁连接 四种 方案最 大应力对比
摘 要 ： 高速 铁路 系杆 拱桥 设计 中， 交异 性钢桥 面的构 造设 计是 一个 重要 的 环节 。正 交异 性钢 桥 面纵 向有 ｕ肋 、 肋和 纵 梁 ， 在 正 板 横 向有 大小横 梁等组成 ， 个 细部 的设 计将 影 响整 体 的应 力分 布 ， 于纵 横 梁体 系设 计 国 内研 究较 多 ， 里 主要提 出正 交异 性局 部 ｕ 各 对 这 肋构造 改 变， 并且通 过 Ｆ Ａ有 限元计 算 ， 善横 梁与 纵肋 连接 处的 受力情 况 。 Ｅ 改